JP2951218B2 - 非晶質シリコンゲルマニウム膜及びこれを用いた光起電力装置 - Google Patents
非晶質シリコンゲルマニウム膜及びこれを用いた光起電力装置Info
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や光センサ等
の光起電力装置に用いる非晶質シリコンゲルマニウム
（以下、ａ−ＳｉＧｅと称する）膜、及びこれを用いた
光起電力装置に関する。
の光起電力装置に用いる非晶質シリコンゲルマニウム
（以下、ａ−ＳｉＧｅと称する）膜、及びこれを用いた
光起電力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池や光センサに代表されるような
光起電力装置にあっては、光感度を向上せしめるため入
射光を十分吸収できることと、所望の波長感度領域を備
えている必要がある。
光起電力装置にあっては、光感度を向上せしめるため入
射光を十分吸収できることと、所望の波長感度領域を備
えている必要がある。
【０００３】とりわけ、太陽電池にあっては、入射光に
含まれている波長をカバーする吸収特性を備えているこ
とが重要であり、近年この太陽電池用半導体材料として
非晶質半導体材料が多用される理由も、この非晶質半導
体材料がその吸収特性を比較的容易に制御できるためで
ある。
含まれている波長をカバーする吸収特性を備えているこ
とが重要であり、近年この太陽電池用半導体材料として
非晶質半導体材料が多用される理由も、この非晶質半導
体材料がその吸収特性を比較的容易に制御できるためで
ある。
【０００４】この非晶質半導体材料として最も代表的な
ものに、非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する）膜
がある。図６は、従来のａ−Ｓｉ膜からなる光起電力装
置の素子構造図である。図中の(1)はこの光起電力装置
の支持体となる、ガラス等からなる基板、(2)は基板(1)
を透過して入射した光を発電部分に導くと共に、光起電
力装置の一方の電極として機能する、ＩＴＯやＳｎＯ2
等から成る透明導電膜、(SC)はｐ型ａ−Ｓｉ層(p)と真
性ａ−Ｓｉ層(i)とｎ型ａ−Ｓｉ層(n)との積層体から成
る、発電部、(3)は本光起電力装置の他方の電極とな
る、アルミニウムやクロム等からなる金属電極、であ
る。
ものに、非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する）膜
がある。図６は、従来のａ−Ｓｉ膜からなる光起電力装
置の素子構造図である。図中の(1)はこの光起電力装置
の支持体となる、ガラス等からなる基板、(2)は基板(1)
を透過して入射した光を発電部分に導くと共に、光起電
力装置の一方の電極として機能する、ＩＴＯやＳｎＯ2
等から成る透明導電膜、(SC)はｐ型ａ−Ｓｉ層(p)と真
性ａ−Ｓｉ層(i)とｎ型ａ−Ｓｉ層(n)との積層体から成
る、発電部、(3)は本光起電力装置の他方の電極とな
る、アルミニウムやクロム等からなる金属電極、であ
る。
【０００５】この光起電力装置によれば、基板から入射
した光は主にこの真性ａ−Ｓｉ層(i)で吸収されて電子
及び正孔が生成し、ｐ型ａ−Ｓｉ層(p)とｎ型ａ−Ｓｉ
層(n)によって形成された内部電界によって、夫々金属
電極(3)及び透明導電膜(2)から外部に取り出されること
となる。
した光は主にこの真性ａ−Ｓｉ層(i)で吸収されて電子
及び正孔が生成し、ｐ型ａ−Ｓｉ層(p)とｎ型ａ−Ｓｉ
層(n)によって形成された内部電界によって、夫々金属
電極(3)及び透明導電膜(2)から外部に取り出されること
となる。
【０００６】このため、この種の光起電力装置は、この
真性ａ−Ｓｉ層の光物性、特に光学的バンドギャップ
幅、が吸収し得る光の波長領域を主に決定することとな
るため、斯る部分の非晶質シリコンの光物性の制御が重
要となる。
真性ａ−Ｓｉ層の光物性、特に光学的バンドギャップ
幅、が吸収し得る光の波長領域を主に決定することとな
るため、斯る部分の非晶質シリコンの光物性の制御が重
要となる。
【０００７】そこで、この真性部分の非晶質半導体材料
として、長波長領域の光をより多く吸収するために、光
学的バンドギャップ幅の狭い、非晶質シリコンゲルマニ
ウム膜が使用されている。
として、長波長領域の光をより多く吸収するために、光
学的バンドギャップ幅の狭い、非晶質シリコンゲルマニ
ウム膜が使用されている。
【０００８】図７は、その他の従来例光起電力装置の素
子構造図である。この光起電力装置の特徴は、前述した
従来例が１つの真性非晶質半導体によってのみ光を主に
吸収していたのに対して、本例は２つの真性非晶質半導
体を使用すると共に、各真性非晶質半導体の光吸収特性
を異ならしめるため、光入射側の真性非晶質半導体(i1)
をａ−Ｓｉ膜とし、光透過側のそれ(i2)をａ−ＳｉＧｅ
膜とした点である。なお、同図にあっては、同一の材料
については図１と同一の符号を付している。
子構造図である。この光起電力装置の特徴は、前述した
従来例が１つの真性非晶質半導体によってのみ光を主に
吸収していたのに対して、本例は２つの真性非晶質半導
体を使用すると共に、各真性非晶質半導体の光吸収特性
を異ならしめるため、光入射側の真性非晶質半導体(i1)
をａ−Ｓｉ膜とし、光透過側のそれ(i2)をａ−ＳｉＧｅ
膜とした点である。なお、同図にあっては、同一の材料
については図１と同一の符号を付している。
【０００９】斯る構成としたことにより、基板から入射
した光は、まず第１の発電部(SC1)で吸収された後、斯
る発電部(SC1)で吸収されなかった光は、第２の発電部
(SC2)で吸収される。とりわけ、第２の発電部を光学的
バンドギャップ幅の狭いａ−ＳｉＧｅとしたことから、
第１の発電部では吸収できない長波長領域の光を十分吸
収することが可能となる。
した光は、まず第１の発電部(SC1)で吸収された後、斯
る発電部(SC1)で吸収されなかった光は、第２の発電部
(SC2)で吸収される。とりわけ、第２の発電部を光学的
バンドギャップ幅の狭いａ−ＳｉＧｅとしたことから、
第１の発電部では吸収できない長波長領域の光を十分吸
収することが可能となる。
【００１０】この様な複数の発電部を積層形成されてな
る光起電力装置は積層型太陽電池と一般に称され例えば
特開昭５５−１２５６８０などに詳細に記載されてい
る。
る光起電力装置は積層型太陽電池と一般に称され例えば
特開昭５５−１２５６８０などに詳細に記載されてい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、非晶質
半導体材料はａ−Ｓｉ膜にゲルマニウムや窒素、炭素あ
るいは錫をドープすることにより、光学的バンドギャッ
プ幅を種々変化させることができるという特徴を備えて
いる一方で、これら元素をドーピングすることで、ドー
ピングされていないａ−Ｓｉ膜と比較してその膜質が劣
化してしまうという欠点を有している。
半導体材料はａ−Ｓｉ膜にゲルマニウムや窒素、炭素あ
るいは錫をドープすることにより、光学的バンドギャッ
プ幅を種々変化させることができるという特徴を備えて
いる一方で、これら元素をドーピングすることで、ドー
ピングされていないａ−Ｓｉ膜と比較してその膜質が劣
化してしまうという欠点を有している。
【００１２】とりわけ、ａ−Ｓｉ系の材料にあっては、
膜中の水素含有量及びその結合状態が、膜特性に重要な
影響を与えることが分かっているが、斯るａ−ＳｉＧｅ
膜にあっては、ドーピングされるＧｅと膜中のこの水素
とが微妙に影響を及ぼしあうことから、これら元素の制
御は複雑なものとなる。
膜中の水素含有量及びその結合状態が、膜特性に重要な
影響を与えることが分かっているが、斯るａ−ＳｉＧｅ
膜にあっては、ドーピングされるＧｅと膜中のこの水素
とが微妙に影響を及ぼしあうことから、これら元素の制
御は複雑なものとなる。
【００１３】その原因は、膜中のＧｅ含有量が５０％以
下のａ−ＳｉＧｅ膜にあっては、水素とＳｉとの結合確
率が、水素とＧｅとのそれよりも約１０倍大きいことか
ら生じると考えられている。
下のａ−ＳｉＧｅ膜にあっては、水素とＳｉとの結合確
率が、水素とＧｅとのそれよりも約１０倍大きいことか
ら生じると考えられている。
【００１４】このため、従来斯る問題を解決するため
に、例えばａ−ＳｉＧｅ膜の形成と、水素プラズマ処理
を交互に行うことで膜質の向上を行うなどの方法が試み
られている（特開昭６２−８４５１２号）。
に、例えばａ−ＳｉＧｅ膜の形成と、水素プラズマ処理
を交互に行うことで膜質の向上を行うなどの方法が試み
られている（特開昭６２−８４５１２号）。
【００１５】然し乍ら、従来の方法では、生産性が低下
する欠点を有する割には飛躍的な膜質向上を成し得るこ
とができず、また膜中の水素の挙動を制御することが困
難であることから、根本的な解決に至っていなかった。
する欠点を有する割には飛躍的な膜質向上を成し得るこ
とができず、また膜中の水素の挙動を制御することが困
難であることから、根本的な解決に至っていなかった。
【００１６】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜は、生産性を低下さ
せることなく、適切な物性値を備えた膜を使用すること
で、極めて膜中の欠陥の少ない膜を得ることができる。
せることなく、適切な物性値を備えた膜を使用すること
で、極めて膜中の欠陥の少ない膜を得ることができる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明非晶質シリコンゲ
ルマニウム膜の特徴とするところは、膜中の単位Ｓｉ原
子当たりの結合水素量が約８〜１４ａｔ．％の範囲にあ
って、［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量が約０．５〜４ａｔ．
％、及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量が約７〜１０ａｔ．％
の各範囲であると共に、上記［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量
と上記［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量とが、ともに上記単位Ｓ
ｉ原子当たりの結合水素量（ｘ）をパラメータとして次
式で表現されることを特徴とする。 ［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］ ＝[６ｘ2（４−ｘ）2／（４＋ｘ）3±０．０１]×１００（％） ［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］ ＝[ｘ（４−ｘ）3／（４＋ｘ）3±０．０１]×１００（％） 更には膜中の結合水素量が約５〜１０ａｔ．％の範囲に
あって、［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］量が約８〜１４ａ
ｔ．％、及び［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］量が約１〜３ａ
ｔ．％の範囲であると共に、上記［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓ
ｉ］量が上記膜中の結合水素量（Ｘ）をパラメータとし
て、 ［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］ ＝（１．５Ｘ±０．０２）×１００（％） で表わされ、且つ［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ
（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の比が３〜５倍程度であること を
特徴とする。
ルマニウム膜の特徴とするところは、膜中の単位Ｓｉ原
子当たりの結合水素量が約８〜１４ａｔ．％の範囲にあ
って、［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量が約０．５〜４ａｔ．
％、及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量が約７〜１０ａｔ．％
の各範囲であると共に、上記［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量
と上記［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量とが、ともに上記単位Ｓ
ｉ原子当たりの結合水素量（ｘ）をパラメータとして次
式で表現されることを特徴とする。 ［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］ ＝[６ｘ2（４−ｘ）2／（４＋ｘ）3±０．０１]×１００（％） ［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］ ＝[ｘ（４−ｘ）3／（４＋ｘ）3±０．０１]×１００（％） 更には膜中の結合水素量が約５〜１０ａｔ．％の範囲に
あって、［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］量が約８〜１４ａ
ｔ．％、及び［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］量が約１〜３ａ
ｔ．％の範囲であると共に、上記［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓ
ｉ］量が上記膜中の結合水素量（Ｘ）をパラメータとし
て、 ［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］ ＝（１．５Ｘ±０．０２）×１００（％） で表わされ、且つ［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ
（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の比が３〜５倍程度であること を
特徴とする。
【００１８】更に本発明光起電力装置の特徴とするとこ
ろは、上記非晶質シリコンゲルマニウム膜を真性半導体
層として含むことにある。
ろは、上記非晶質シリコンゲルマニウム膜を真性半導体
層として含むことにある。
【００１９】
【作用】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜によれば、膜中の単位シ
リコン原子当りのＳｉＨ2モードの結合水素量及びＳｉ
Ｈモードの結合水素量と、同じく膜中の単位Ｓｉ原子当
りの結合水素量との一定の関係に注目することで、膜中
の欠陥密度を極めて小さくし得た膜を得ることができ
る。
リコン原子当りのＳｉＨ2モードの結合水素量及びＳｉ
Ｈモードの結合水素量と、同じく膜中の単位Ｓｉ原子当
りの結合水素量との一定の関係に注目することで、膜中
の欠陥密度を極めて小さくし得た膜を得ることができ
る。
【００２０】また、本発明ａ−ＳｉＧｅ膜によれば、膜
中の単位Ｓｉ原子当りの結合水素量と、単位Ｇｅ原子当
りの結合水素量を、膜中の総水素量の関数として着目す
ることによって、良好な光電特性を備えたａ−ＳｉＧｅ
膜を得ることができることとなる。
中の単位Ｓｉ原子当りの結合水素量と、単位Ｇｅ原子当
りの結合水素量を、膜中の総水素量の関数として着目す
ることによって、良好な光電特性を備えたａ−ＳｉＧｅ
膜を得ることができることとなる。
【００２１】加えて、本発明ａ−ＳｉＧｅ膜を光起電力
装置の非晶質半導体として利用することで、長波長感度
の優れた光起電力特性を得ることができることとなる。
装置の非晶質半導体として利用することで、長波長感度
の優れた光起電力特性を得ることができることとなる。
【００２２】
【実施例】図１は、本発明ａ−ＳｉＧｅ膜を説明するた
めのａ−ＳｉＧｅ膜の膜特性図である。同図の横軸は単
位Ｓｉ原子当りの結合水素量であって、具体的な測定方
法としては、２次イオン質量分析法を用いた。縦軸は、
単位シリコン原子当りのＳｉＨモードの結合水素（［Ｓ
ｉＨ］／［Ｓｉ］）量及び単位シリコン原子当りのＳｉ
Ｈ2モードの結合水素（［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］）量を示
している。これら結合水素量については、赤外吸収分光
法における２０００cm-1及び２１００cm-1の吸収ピーク
量をそれぞれ使用して測定した。
めのａ−ＳｉＧｅ膜の膜特性図である。同図の横軸は単
位Ｓｉ原子当りの結合水素量であって、具体的な測定方
法としては、２次イオン質量分析法を用いた。縦軸は、
単位シリコン原子当りのＳｉＨモードの結合水素（［Ｓ
ｉＨ］／［Ｓｉ］）量及び単位シリコン原子当りのＳｉ
Ｈ2モードの結合水素（［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］）量を示
している。これら結合水素量については、赤外吸収分光
法における２０００cm-1及び２１００cm-1の吸収ピーク
量をそれぞれ使用して測定した。
【００２３】ａ−ＳｉＧｅ膜の形成方法としては、平行
平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、従来周知のプラズ
マ反応法によって形成した。なお、図１の測定試料であ
るａ−ＳｉＧｅ膜の代表的な形成条件を表１に示す。
平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、従来周知のプラズ
マ反応法によって形成した。なお、図１の測定試料であ
るａ−ＳｉＧｅ膜の代表的な形成条件を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】これら結合水素量の増減に因る膜質への影
響は、ａ−Ｓｉ膜にあっては、ＳｉＨ2モードでの水素
量が過多の場合、一般的に光電変換特性が低下し、Ｓｉ
Ｈモードでの水素量が過小の場合にあっては、膜中のＳ
ｉネットワークの構造柔軟性が低下し、膜中の欠陥密度
が増加するとされており、このような傾向は、ａ−Ｓｉ
Ｇｅ膜においてもある程度反映すると考えられている。
響は、ａ−Ｓｉ膜にあっては、ＳｉＨ2モードでの水素
量が過多の場合、一般的に光電変換特性が低下し、Ｓｉ
Ｈモードでの水素量が過小の場合にあっては、膜中のＳ
ｉネットワークの構造柔軟性が低下し、膜中の欠陥密度
が増加するとされており、このような傾向は、ａ−Ｓｉ
Ｇｅ膜においてもある程度反映すると考えられている。
【００２６】図１によれば、単位Ｓｉ原子当りの結合水
素量が増加するにつれて［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量は増
加し、結合水素量が約２０at.%を越える付近から急激に
増加している。これに対して、［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量
では、結合水素量の増加につれて増加する傾向を示すも
のの、 結合水素量約１５〜２０at.%付近でピークを持
ち、以降は減少傾向を示すことが分かる。
素量が増加するにつれて［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量は増
加し、結合水素量が約２０at.%を越える付近から急激に
増加している。これに対して、［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量
では、結合水素量の増加につれて増加する傾向を示すも
のの、 結合水素量約１５〜２０at.%付近でピークを持
ち、以降は減少傾向を示すことが分かる。
【００２７】この［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量及び［Ｓｉ
Ｈ］／［Ｓｉ］量は、単位Ｓｉ原子当りの結合水素量を
パラメータとして次式で表現できる。
Ｈ］／［Ｓｉ］量は、単位Ｓｉ原子当りの結合水素量を
パラメータとして次式で表現できる。
【００２８】
【数１】
【００２９】
【数２】
【００３０】次に、図１で測定した膜の、膜中欠陥密度
（Ｎd）を測定した結果を示したものが図２である。同
図の横軸は図１と同様の単位Ｓｉ原子当りの結合水素量
であり、縦軸は一定光電流法によって測定した膜中の欠
陥密度である。同図によれば、結合水素量が増加する約
１４at.%までの領域にあっては、欠陥密度は漸減し、結
合水素量約１４at.%を越えた領域から急激に増加するこ
とがわかる。
（Ｎd）を測定した結果を示したものが図２である。同
図の横軸は図１と同様の単位Ｓｉ原子当りの結合水素量
であり、縦軸は一定光電流法によって測定した膜中の欠
陥密度である。同図によれば、結合水素量が増加する約
１４at.%までの領域にあっては、欠陥密度は漸減し、結
合水素量約１４at.%を越えた領域から急激に増加するこ
とがわかる。
【００３１】図１及び図２の結果から、［ＳｉＨ2］／
［Ｓｉ］量及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量と、膜中の単位
Ｓｉ原子当りの結合水素量との一定の関係に注目するこ
とで、膜中の欠陥密度を極めて小さくし得た膜を得られ
ることがわかる。
［Ｓｉ］量及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量と、膜中の単位
Ｓｉ原子当りの結合水素量との一定の関係に注目するこ
とで、膜中の欠陥密度を極めて小さくし得た膜を得られ
ることがわかる。
【００３２】すなわち、ａ−ＳｉＧｅ膜としては、単位
Ｓｉ原子当たりの結合水素量が約８〜１４ａｔ．％の範
囲にあって、［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量が約０．５〜４
ａｔ．％、及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量が約７〜１０ａ
ｔ．％の各範囲であると共に、上記［ＳｉＨ2］／［Ｓ
ｉ］量と上記［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量とが、ともに上記
単位Ｓｉ原子当たりの結合水素量（ｘ）をパラメータと
して前述の数１及び数２で表わされる関係を満たすもの
であることにより、膜中の欠陥密度を極めて小さくした
膜を得ることができる。
Ｓｉ原子当たりの結合水素量が約８〜１４ａｔ．％の範
囲にあって、［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量が約０．５〜４
ａｔ．％、及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量が約７〜１０ａ
ｔ．％の各範囲であると共に、上記［ＳｉＨ2］／［Ｓ
ｉ］量と上記［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量とが、ともに上記
単位Ｓｉ原子当たりの結合水素量（ｘ）をパラメータと
して前述の数１及び数２で表わされる関係を満たすもの
であることにより、膜中の欠陥密度を極めて小さくした
膜を得ることができる。
【００３３】
【００３４】
【００３５】即ち、本願の発明者等によれば、本発明ａ
−ＳｉＧｅ膜としては、膜中の結合水素量をパラメータ
として捉える必要があると考えている。例えば、図１よ
り結合水素量が約１０at.%の場合、［ＳｉＨ2］／［Ｓ
ｉ］量が約１．５at.%であって、且つ［ＳｉＨ］／［Ｓ
ｉ］量が約７．５at.%とするａ−ＳｉＧｅ膜が好適であ
り、又結合水素量が約１４at.%の場合にあっては、［Ｓ
ｉＨ2］／［Ｓｉ］量が約３．５at.%であって、且つ
［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量が約９．５at.%とするａ−Ｓｉ
Ｇｅ膜が好適であると考えている。
−ＳｉＧｅ膜としては、膜中の結合水素量をパラメータ
として捉える必要があると考えている。例えば、図１よ
り結合水素量が約１０at.%の場合、［ＳｉＨ2］／［Ｓ
ｉ］量が約１．５at.%であって、且つ［ＳｉＨ］／［Ｓ
ｉ］量が約７．５at.%とするａ−ＳｉＧｅ膜が好適であ
り、又結合水素量が約１４at.%の場合にあっては、［Ｓ
ｉＨ2］／［Ｓｉ］量が約３．５at.%であって、且つ
［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量が約９．５at.%とするａ−Ｓｉ
Ｇｅ膜が好適であると考えている。
【００３６】以上の説明に於いては、［ＳｉＨ2］／
［Ｓｉ］量、［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量を別々のパラメー
タとして捉えていたが、一つのパラメータとして捉えた
のが次の図である。
［Ｓｉ］量、［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量を別々のパラメー
タとして捉えていたが、一つのパラメータとして捉えた
のが次の図である。
【００３７】図３は、横軸が単位Ｓｉ原子当りの結合水
素量を、横軸が［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量と［ＳｉＨ］
／［Ｓｉ］量との比であり、比をとることにより［Ｓｉ
Ｈ2］／［Ｓｉ］量及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量を一つ
のパラメータとして捉えている。
素量を、横軸が［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量と［ＳｉＨ］
／［Ｓｉ］量との比であり、比をとることにより［Ｓｉ
Ｈ2］／［Ｓｉ］量及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量を一つ
のパラメータとして捉えている。
【００３８】図３及び図２の結果から、ａ−ＳｉＧｅ膜
としては、単位Ｓｉ原子当りの結合水素量が約８〜１４
at.%の範囲にあって、［ＳｉＨ2］／［ＳｉＨ］比が約
０．１〜０．５の範囲にあり、上記比が上記結合水素量
に対して増加する範囲にあれば、膜中の欠陥密度を極め
て小さくした膜を得ることができる。
としては、単位Ｓｉ原子当りの結合水素量が約８〜１４
at.%の範囲にあって、［ＳｉＨ2］／［ＳｉＨ］比が約
０．１〜０．５の範囲にあり、上記比が上記結合水素量
に対して増加する範囲にあれば、膜中の欠陥密度を極め
て小さくした膜を得ることができる。
【００３９】次に、ａ−ＳｉＧｅ膜における水素とＳｉ
及び水素とＧｅとの関係について説明する。図４は、本
発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、膜中の単位Ｓｉ原子当りのＳｉ
と結合した水素（［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］）量と、単
位Ｇｅ原子当りのＧｅと結合した水素（［Ｈ（Ｇｅ）］
／［Ｇｅ］）量を、膜中の結合水素量の関数として示し
た特性図である。ここに示したａ−ＳｉＧｅ膜は、膜中
のＧｅ量を３０〜４５％含有したものであって具体的な
膜形成条件は表２に示す。
及び水素とＧｅとの関係について説明する。図４は、本
発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、膜中の単位Ｓｉ原子当りのＳｉ
と結合した水素（［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］）量と、単
位Ｇｅ原子当りのＧｅと結合した水素（［Ｈ（Ｇｅ）］
／［Ｇｅ］）量を、膜中の結合水素量の関数として示し
た特性図である。ここに示したａ−ＳｉＧｅ膜は、膜中
のＧｅ量を３０〜４５％含有したものであって具体的な
膜形成条件は表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】この膜を形成するに当っては、平行平板型
の高周波プラズマＣＶＤ法によって、反応ガスＳｉＨ4
とＧｅＨ4との混合ガスを分解し、堆積速度約５０Å／
ｍｉｎで膜厚約２０００Å形成する。その後真空中で表
２に示したアニールを施すことで試料を作製した。
の高周波プラズマＣＶＤ法によって、反応ガスＳｉＨ4
とＧｅＨ4との混合ガスを分解し、堆積速度約５０Å／
ｍｉｎで膜厚約２０００Å形成する。その後真空中で表
２に示したアニールを施すことで試料を作製した。
【００４２】なお、図４で示したＳｉ−Ｈ結合量は、赤
外吸収分光法における２０００cm-1，２１００cm-1付近
の吸収ピークの和を用いて、またＧｅ−Ｈ結合量は、１
８８０cm-1付近の吸収ピークより夫々測定した。
外吸収分光法における２０００cm-1，２１００cm-1付近
の吸収ピークの和を用いて、またＧｅ−Ｈ結合量は、１
８８０cm-1付近の吸収ピークより夫々測定した。
【００４３】同図によれば、結合水素量の増加に対し
て、単位Ｇｅ原子当りのＧｅ結合水素量は約１〜３％で
ほぼ一定の値をとるが、単位Ｓｉ原子当りの結合水素量
は、次式で表されるように、単調に増加することが判
る。
て、単位Ｇｅ原子当りのＧｅ結合水素量は約１〜３％で
ほぼ一定の値をとるが、単位Ｓｉ原子当りの結合水素量
は、次式で表されるように、単調に増加することが判
る。
【００４４】
【数３】
【００４５】次に、図４に測定した試料に対して、光導
電率特性を調べたものが図５である。同図によれば、結
合水素量が１０at.%以下では、１０-6（Ω-1cm-1）オー
ダーの極めて良好な特性が得られることを示している。
電率特性を調べたものが図５である。同図によれば、結
合水素量が１０at.%以下では、１０-6（Ω-1cm-1）オー
ダーの極めて良好な特性が得られることを示している。
【００４６】従って、図４及び図５から、膜中の結合水
素量が約５〜１０ａｔ．％の範囲にあって、［Ｈ（Ｓ
ｉ）］／［Ｓｉ］量が約８〜１４ａｔ．％、及び［Ｈ
(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］量が約１〜３ａｔ．％の範囲である
と共に、上記［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］量が上記膜中の
結合水素量（Ｘ）をパラメータとして上述の数３の関係
で表わされ、且つ［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ
（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の比が３~５倍程度としたａ−Ｓ
ｉＧｅ膜が良好な光導電率を備えることが判る。この場
合においても、前述したようにこれら結合量の関係は、
結合水素量をパラメータとして設定することで、好適な
ａ−ＳｉＧｅ膜を得ることができるものである。
素量が約５〜１０ａｔ．％の範囲にあって、［Ｈ（Ｓ
ｉ）］／［Ｓｉ］量が約８〜１４ａｔ．％、及び［Ｈ
(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］量が約１〜３ａｔ．％の範囲である
と共に、上記［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］量が上記膜中の
結合水素量（Ｘ）をパラメータとして上述の数３の関係
で表わされ、且つ［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ
（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の比が３~５倍程度としたａ−Ｓ
ｉＧｅ膜が良好な光導電率を備えることが判る。この場
合においても、前述したようにこれら結合量の関係は、
結合水素量をパラメータとして設定することで、好適な
ａ−ＳｉＧｅ膜を得ることができるものである。
【００４７】斯る結果について発明者等によれば、膜中
の水素のＳｉに対する付着確率を小さくすることで、膜
のミクロ的な構造の不均一性が緩和され、ひいては膜中
の欠陥の少ない膜が得られることから、光導電率が向上
できているものと考えている。また、本発明ａ−ＳｉＧ
ｅ膜における膜中の結合水素量が約５〜１０at.%の範囲
にあっては、ＳｉとＧｅとの水素に対する付着確率は、
本発明ａ−ＳｉＧｅ膜にあっては、図３より［Ｈ（Ｇ
ｅ）］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の
比から、その比が３〜５倍程度まで小さくなっているこ
とがわかる。
の水素のＳｉに対する付着確率を小さくすることで、膜
のミクロ的な構造の不均一性が緩和され、ひいては膜中
の欠陥の少ない膜が得られることから、光導電率が向上
できているものと考えている。また、本発明ａ−ＳｉＧ
ｅ膜における膜中の結合水素量が約５〜１０at.%の範囲
にあっては、ＳｉとＧｅとの水素に対する付着確率は、
本発明ａ−ＳｉＧｅ膜にあっては、図３より［Ｈ（Ｇ
ｅ）］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の
比から、その比が３〜５倍程度まで小さくなっているこ
とがわかる。
【００４８】また、本発明ａ−ＳｉＧｅ膜を上記第６図
及び第７図に示した光起電力装置の真性非晶質半導体と
して使用することで、長波長感度の優れた光起電力装置
を得ることができることとなる。
及び第７図に示した光起電力装置の真性非晶質半導体と
して使用することで、長波長感度の優れた光起電力装置
を得ることができることとなる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、膜中の単位シリコン原
子当りのＳｉＨ2モードの結合水素量及びＳｉＨモード
の結合水素量と、同じく膜中の単位Ｓｉ原子当りの結合
水素量との一定の関係に注目することで、膜中の欠陥密
度を極めて小さくし得た膜を得ることができる。
子当りのＳｉＨ2モードの結合水素量及びＳｉＨモード
の結合水素量と、同じく膜中の単位Ｓｉ原子当りの結合
水素量との一定の関係に注目することで、膜中の欠陥密
度を極めて小さくし得た膜を得ることができる。
【００５０】また、本発明ａ−ＳｉＧｅ膜によれば、膜
中の単位Ｓｉ原子当りの結合水素量と、単位Ｇｅ原子当
りの結合水素量を、膜中の結合水素量の関数として着目
することによって、良好な光電特性を備えたａ−ＳｉＧ
ｅ膜が得ることができることとなる。
中の単位Ｓｉ原子当りの結合水素量と、単位Ｇｅ原子当
りの結合水素量を、膜中の結合水素量の関数として着目
することによって、良好な光電特性を備えたａ−ＳｉＧ
ｅ膜が得ることができることとなる。
【００５１】加えて、本発明ａ−ＳｉＧｅ膜を光起電力
装置の非晶質半導体として利用することで、長波長感度
の優れた光起電力特性を得ることができることとなる。
装置の非晶質半導体として利用することで、長波長感度
の優れた光起電力特性を得ることができることとなる。
【図１】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、単位Ｓｉ原子当りの
結合水素量に対する、［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量及び［Ｓ
ｉＨ2］／［Ｓｉ］量を示す特性図である。
結合水素量に対する、［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量及び［Ｓ
ｉＨ2］／［Ｓｉ］量を示す特性図である。
【図２】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、単位Ｓｉ原子当りの
結合水素量に対する、膜中の欠陥密度を示す特性図であ
る。
結合水素量に対する、膜中の欠陥密度を示す特性図であ
る。
【図３】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、単位Ｓｉ原子当りの
結合水素量に対する、［ＳｉＨ 2］／［ＳｉＨ］比を示
す特性図である。
結合水素量に対する、［ＳｉＨ 2］／［ＳｉＨ］比を示
す特性図である。
【図４】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、膜中の［Ｈ（Ｓ
ｉ）］／［Ｓｉ］量と、［Ｈ（Ｇｅ）］／［Ｇｅ］量を
膜中の結合水素量の関数として示した特性図である。
ｉ）］／［Ｓｉ］量と、［Ｈ（Ｇｅ）］／［Ｇｅ］量を
膜中の結合水素量の関数として示した特性図である。
【図５】本発明ａ−ＳｉＧｅ膜の、膜中の結合水素量に
対する、光導電率特性を示した特性図である。
対する、光導電率特性を示した特性図である。
【図６】従来例光起電力装置の素子構造断面図である。
【図７】他の従来例光起電力装置の素子構造断面図であ
る。
る。
(2)…透明導電膜 (SC)…発電部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (3)
- 【請求項１】 非晶質シリコンゲルマニウム膜に於い
て、膜中の単位Ｓｉ原子当たりの結合水素量が約８〜１
４ａｔ．％の範囲にあって、［ＳｉＨ2］／［Ｓｉ］量
が約０．５〜４ａｔ．％、及び［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量
が約７〜１０ａｔ．％の各範囲であると共に、上記［Ｓ
ｉＨ2］／［Ｓｉ］量と上記［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］量と
が、ともに上記単位Ｓｉ原子当たりの結合水素量（ｘ）
をパラメータとして次式で表現されることを特徴とする
非晶質シリコンゲルマニウム膜。 ［ＳｉＨ 2 ］／［Ｓｉ］ ＝[６ｘ 2 （４−ｘ） 2 ／（４＋ｘ） 3 ±０．０１]×１００（％） ［ＳｉＨ］／［Ｓｉ］ ＝[ｘ（４−ｘ） 3 ／（４＋ｘ） 3 ±０．０１]×１００（％） - 【請求項２】 非晶質シリコンゲルマニウム膜に於い
て、膜中の結合水素量が約５〜１０ａｔ．％の範囲にあ
って、［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］量が約８〜１４ａｔ．
％、及び［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］量が約１〜３ａｔ．％
の範囲であると共に、上記［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］量
が上記膜中の結合水素量（Ｘ）をパラメータとして、 ［Ｈ（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］ ＝（１．５Ｘ±０．０２）×１００（％） で表わされ、且つ［Ｈ(Ｇｅ)］／［Ｇｅ］に対する［Ｈ
（Ｓｉ）］／［Ｓｉ］の比が３〜５倍程度であること を
特徴とする非晶質シリコンゲルマニウム膜。 - 【請求項３】 上記請求項１又は２の非晶質シリコンゲ
ルマニウム膜を真性半導体層として含むことを特徴とす
る光起電力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6280674A JP2951218B2 (ja) | 1993-11-22 | 1994-11-15 | 非晶質シリコンゲルマニウム膜及びこれを用いた光起電力装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29200393 | 1993-11-22 | ||
| JP5-292003 | 1993-11-22 | ||
| JP6280674A JP2951218B2 (ja) | 1993-11-22 | 1994-11-15 | 非晶質シリコンゲルマニウム膜及びこれを用いた光起電力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221337A JPH07221337A (ja) | 1995-08-18 |
| JP2951218B2 true JP2951218B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=26553874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6280674A Expired - Fee Related JP2951218B2 (ja) | 1993-11-22 | 1994-11-15 | 非晶質シリコンゲルマニウム膜及びこれを用いた光起電力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2951218B2 (ja) |
-
1994
- 1994-11-15 JP JP6280674A patent/JP2951218B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07221337A (ja) | 1995-08-18 |
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